Нередко встречаются условия, когда месторождения имеют ярусно залегающие рудные тела. Эти рудные тела не ограничены по вертикали устойчивыми водоупорами, находятся друг от друга на расстоянии от 8 до 40 м и имеют различные фильтрационные свойства и вещественный состав.
Практическая реализация системы одновременной отработки через серию одних и тех же скважин может осуществляться только при наличии двух рудных тел[1].
В настоящее время при отработке рудных тел ярусного залегания методом подземного выщелачивания в НАК «Казатомпром», подача раствора осуществляется по закачным скважинам, пробуренным отдельно для каждого яруса.
С целью снижения затрат на горно-подготовительные работы в данной работе предлагаются технические средства позволяющие подачу выщелачивающих растворов с использованием одной закачной скважины с фильтровой колонной на горизонт большой мощности или двух фильтров на два горизонта и пакерующего устройства.
Внедрение данного способа может дать значительный экономический эффект. Это можно увидеть на примере месторождения Мынкудук с 2-х ярусным расположением рудных залежей.
По ныне действующему способу, при отработке 2-х ярусных рудных залежей, подача выщелачивающего раствора осуществляется по двум скважинам пробуренным рядом. Стоимость сооружения закачных скважин составляет (по данным 2006г):
1-я скважина - 1 448 178 тенге
2-я скважина -1 338 190 тенге
На два горизонта-2 786 368 тенге
По предлагаемому способу сооружается одна закачная скважина.
Стоимость сооружения закачной скважины:
1 448 178 +(250000 +20000+105000)= 1 831 178 тенге, где вторая слагаемая определяет удорожание на стоимость шланга диаметром 50мм, универсального оголовка и пакера.
Расчет ожидаемого экономического эффекта проведем по формуле
Э = (З1 - З2) А
где Э – годовой экономический эффект, в тенге;
З1 и З2 - приведенные затраты сооружения скважин, соответственно существующим и предлагаемым способами, в тенге;
А – годовой объем скважин по месторождениям.
На 2007год на месторождении Мынкудук планируется сооружение 30 скважин Экономический эффект на планируемый объем составит:
Э = 30х(2786368-1 831 178)= 28 655 700 тенге.
Для решения вышеназванного вопроса в Институте высоких технологии разработана конструкция универсального оголовка (рисунок 1) и гидравлического пакера (рисунок 2). Изготовлен экспериментальный образец пакерующего устройства и универсального оголовка.
Проведены стендовые испытания на экспериментальных образцах.
При спуске пакера в скважину из-за разницы удельных весов столба жидкости и полиэтиленового шланга возникает выталкивающая сила, которая возрастает с глубиной скважины. Без учета этой силы спуск пакера до необходимой глубины невозможен. Ниже приводится расчет спуска пакера в скважину наполненной столбом воды.
Исходные данные для расчета:
Средняя глубина скважин – L=250м;
Шланг из ПНД диаметром – d=50x6.43мм;
Удельный вес шланга –Yш=910кг/м3 ;
Удельный вес столба жидкости в скважине–Yр=1100кг/м3;
Рассчитываем объем тела шланга ПНД 50, длиной-250метров:
Vш=(R2- r2)x3,14xL=(0.000625-0.0003448)x3.14x250=0,22м3.
Вес шланга в воздухе равен- Рш= Yш х Vш=0,22 м3х 910кг/м3=200кг.
Выталкивающая сила из-за разности удельных весов шланга и раствора на глубине 250м:
R= Рш(1- Yр/ Yш)=200(1-1,1/0,91)=42кг.
Для спуска пакера на шланге ПНД 50 в скважину наполненной столбом воды с
учетом коэффициента сопротивления обусловленного трением и искривлением и
запакеровки в нужном месте обсадной колонны потребуется 42 х 1,4 ≈60кг груза.
Принимая вес пакера за 15кг, потребуется дополнительно 45 кг.
Д ля дополнительного веса навешивается металлическая труба. Вес одного метра стальной трубы диаметром 50мм при толщине 5мм равен-5,62кг. И тогда необходимо 45/5,62≈9метров трубы.
Для спуска на глубину 400 метров величина необходимого веса устройства составит 90кг, тогда дополнительный вес -75 кг равен 12 метрам трубы.
На рисунке 2 представлен общий вид гидравлического пакера.
Гидравлический пакер работает следующим образом.
На непрерывном шланге 2 из ПНД диаметром 50 мм гидравлический пакер спускают в скважину, обсаженную трубами 25 из ПНД, ПВХ на нужную глубину. Через шланг 2 в ствол 1 подают раствор для закачки в продуктивный пласт. При этом шаровой клапан 8, расположенный в седле 7 перекрывает ствол 1. Жидкость под давлением устремляется через первое отверстие 6 ствола 1 и отверстия 4 втулки 3 в полость пакерующего рукава 5. А через второе 11, третье 12 отверстия ствола 1 и через отверстие 17 нижней опоры 15, жестко закрепленной к стволу 1 винтами 18, в корпус гидрокамеры 9. Расчетное давление для перемещения ствола 1 и втулки 3 относительно друг друга составляет 5-6 атм. При таком давлении пакерующий рукав 5, изготовленный из резины толщиной 4 мм, обеспечивает хорошую запакеровку. А уплотнительные резиновые кольца 21 позволяют начать перемещение именно при таком давлении. Дальнейшее повышение давления в полости ствола 1 приводит его в движение относительно втулки 3 вниз так, что верхний торец втулки 3 упрется в верхнюю опору 22, закрывая тем самым проход отверстия 4 втулки 3 и фиксируя надутое состояние пакерующего рукава 5. При этом спаренные третье отверстие 12 ствола 1 и отверстие 17 нижней опоры 15 совместятся с наружным отверстие 14 гидрокамеры 9, обеспечивая проход закачиваемого раствора.